Выветривание. первичные и вторичные минералы

Процесс разрушения массивных горных пород и превращение их в рыхлые продукты принято называть выветриванием. Выветривание горных пород и минералов на поверхности Земли совершается под воздействием на них; 1) температур, механической силы воды, ветра, движения ледников; 2) углекислого газа – CO₂, кислорода – O₂ и атмосферной воды; 3) живых организмов – биогенным путем. В связи с разнообразием факторов выветривания горных пород обычно различают три его формы: физическое, химическое и биологическое. Физические факторы выветривания превращают горную породу в более мелкие обломки, щебень, песок и пыль, размельчают ее механически, не изменяя петрографического и химического состава. Раздробление и разрыхление пород и минералов создает благоприятные условия для развития процессов химического выветривания, которое приводит к их химическому изменению, разрушению и образованию новых стойких к воздействию внешней среды соединений. Основными факторами химического выветривания являются атмосферная вода, углекислый газ (CO₂) и кислород. При распаде горных пород и минералов образуются некоторые новые, более подвижные соединения, которые растворяются, а наличие в растворе углекислого газа, в свою очередь, усиливает этот процесс. Особенно интенсивно он происходит в осадочных породах, в первую очередь в известняках, гипсах и других солях. В результате химического выветривания из первичных продуктов выветривания образуются вторичные минералы.

Биологические факторы выветривания действуют на горные породы одновременно с физическими и особенно с химическими. Многочисленные организмы и растения в процессе своей жизнедеятельности выделения во внешнюю среду различные минеральные и органические кислоты, углекислый газ, кислород, которые разрушают горные породы.

Первичные и вторичные минералы

По происхождению минералы делятся на первичные и вторичные. Первичные минералы – кварц, полевые шпаты, слюды – входят в материнские почвооб разующие породы и присутствуют в виде частиц песка (0,05 до 1 мм), пыли (0,001 до 0,05 мм) и меньше в виде илистых (меньше 0,001 мм) и коллоидных (меньше 0,25 микрона) частиц. При разрушении минералов под влиянием химических процессов и жизнедеятельности различных организмов образуются гидраты полуторных окислов, гидраты кремнезема, различные соли и вторичные минералы– каолинит А2Оз • 2Si02 • 2H2O, монтмориллонит А120з • 4Si02 • nН20, гидрослюды и др. Вторичные минералы находятся в почве преимущественно в виде.илистых и коллоидных частиц и редко в виде пылеватых частиц. По химическому составу минералы подразделяются на кремнекислородные соединения, или силикаты (кварц), и алюмокремнекислородные соединения, или алюмосиликаты (полевой шпат, мусковит, биотит).

Вторичные минералы. Как отмечалось раньше, в результате химического выветривания первичные минералы изменяют свой состав и внутреннюю структуру. Выветривание в первую очередь затрагивает поверхность минералов, поэтому с их измельчением возрастает суммарная поверхность, и процессы разрушения ускоряются. Вторичные минералы находятся в почве преимущественно в виде.илистых и коллоидных частиц и редко в виде пылеватых частиц. Карбонаты Глины Лимонит Вторичные минералы могут возникать также путем синтеза из простых продуктов распада первичных минералов: полевых шпатов, амфиболов, вулканических стекол и т.д. Образующиеся при распаде вещества вступают между собой в реакции взаимодействия, продукты которых выпадают в осадок.

 

10. Механический гранулометрич состав почвы методы определения

Одной из важнейших характеристик почвы является ее гранулометрический состав, или содержание элементарных частиц различного размера. Эти частицы называются механическими элементами. Определить размер каждой частицы, входящей в состав почвы, не представляется возможным. В лабораторных условиях ограничиваются нахождением количества частиц определенного размера в установленных пределах, которые называются фракциями гранулометрического состава.

Существует много методов гранулометрического анализа почв. Наиболее часто в почвенных исследованиях используются методы, основанные на том, что после взбалтывания с водой частицы почвы или породы разного размера оседают на дно с различной скоростью.

Частицы размером < 1 мм называются мелкоземом, в его пределах выделяют частицы крупнее 0,01 мм – физический песок и частицы мельче 0,01 мм – физическая глина. В составе ила выделяют фракцию коллоидных частиц диаметром < 0,0002 мм.

Для характеристики почв в зависимости от крупности входящих в них фракций используются различные классификации. Наиболее часто применяется классификация Н.А.Качинского. (табл.1).
Таблица 1.

Классификация гранулометрических элементов (по Н.А.Качинскому).

 

Фракции гранулометрических элементов слагают почвы или породы в различных количественных соотношениях. Относительное содержание в почве или породе фракций гранулометрических элементов называется гранулометрическим составом.

Гранулометрический состав почв определяют по соотношению количества фракций физического песка и физической глины (табл. 2). Различные группы гранулометрических элементов по разному влияют на свойства почв, что объясняется различиями их минералогического, физического и химического состава и свойств. Например, песок обладает значительной проницаемостью, влагоемкостью и капиллярными свойствами, а механические элементы крупнее 2,0 мм почти не обладают капиллярной способностью.

Гранулометрический состав почв (по Н.А.Качинскому).

Различают три типа гранулометрических элементов почв: минеральные, органические и органо-минеральные. Основная масса почв состоит из минеральных элементов. По гранулометрическому составу все многообразие почв и пород можно объединить в несколько основных групп с характерными для каждой группы физическими, физико-химическими и химическими свойствами, которые определяют интенсивность почвообразовательных процессов, содержание зольных элементов, плодородие.

Органическая часть

Органические вещества твердой части почвы подразделяются на две большие группы: негумифицированные и гумифицированные вещества. Негумифицированные (подвижные) органические вещества – это отмершие, но еще не разложившиеся или полуразложившиеся остатки растений (корни) и микробов (животных). На площади 1 га в почву ежегодно поступает 5–10 т растительных остатков и 0,7–2,4 т продуктов жизнедеятельности микроорганизмов. Негумифицированные органические вещества сравнительно легко разлагаются в почве. Содержащиеся в них элементы питания (азот, фосфор, сера и др.) переходят в доступную для растений минеральную форму. Органические вещества не полностью минерализуются. Одновременно в почве идет синтез новых очень сложных органических веществ, которые служат источником для образования гумусовых, или перегнойных, веществ.

Гумифицированные (перегнойные) органические вещества – это высокомолекулярные азотсодержащие соединения специфической природы. Они составляют основную часть (90 %) органического вещества почвы. Гумус представляет собой аккумулятор энергии Cолнца на планете.

Гумус состоит из гуминовых кислот, фульвокислот, гиматомелановых кислот и гуминов. Гуминовые кислоты представляют собой гетерогенную и полидисперсную группу высокомолекулярных азотсодержащих органических кислот, включающих ароматические цик­лы и алифатические цепи. Они извлекаются из поч­вы щелочами и некоторыми другими растворителями с образованием темно-окрашенных растворов гуматов натрия, калия и аммония. Молекулярная масса гуминовых кислот измеряется десятками тысяч атомных единиц массы. Гуминовые кислоты в зависимости от типа почвы включают от 30 до 43% углерода, от 32 до 42 – водорода, от 17,5 до 22 – кислорода, от 2,4 до 3 % азота. Гуминовые кислоты содержат также фосфор, серу и другие элементы.

Химическими и физико-химическими методами (рентгендефрактометрия, электронная микроскопия, спектрофотометрия и др.) установлено, что основными структурными единицами гуминовых кислот являются ароматические “ядра”, в том числе азотсодержащие гетероциклы, боковые цепи и периферические функциональные группы: карбоксильные – СООН, гидроксильные и фенольные ОН, метоксильные – О-СН₃, карбоксильные =С=0, хинонные С=0. Боковые цепи гуминовых кислот представлены углеводными, аминокислотными и другими остатками.

Фульвокислоты – гумусовые вещества желтой или красноватой окраски, которые остаются в растворе после подкисления щелочной вытяжки из почвы и вы­падения в осадок гуминовых кислот. Как и гуминовые кислоты, они входят в гетерогенную и полидисперсную группу высокомолекулярных азотсодержа­щих органических кислот. Фульвокислоты содержат: от 27 до 30 % углерода, от 34 до 42 – водорода, от 25 до 30 – кислорода и от 1,4 до 2,5 % азота.

В структуре фульво-, как и гуминовых кислот, установлены ароматические и алифатические группы. Однако ароматическая часть в их молекулах выражена менее ярко и в основном преобладают боковые цепи, т. е. алифатические, углеводные и амино­кислотные компоненты. По составу фульвокислоты раз­личных типов почв менее разнообразны и они лучше растворяются в воде, чем гуминовые кислоты.

Часть гумусовых веществ настолько прочно связана с минеральной частью почвы, что, не извлекается при обработке почвы щелочами и кислотами. Эти “нерастворимые” составляющие гумуса называются гуминами. В тяжелых глинистых почвах нерастворимые обра­зования составляют более 50 % гумуса.

Гумифицированные вещества почвы более устойчивы к микробиологическому разложению, чем негумифицированные соединения. Однако разложение гумуса в почве, хотя немедленно, но происходит. На полях, занятых зерновыми культурами, за вегетационный период разлагается 0,7–0,8 т/га гумуса, пропашными – 1,0–1,2 т/га с образованием доступного растениям минерального азота, фосфора, серы. В гумусе содержится около 5 % азота, от 1,5 до 2,4 % фосфора. В дерново-подзолистых почвах на органические соединения приходится 40 % фосфора и 90 % серы от общего содержания этих элементов в почве. На степень разложения гумуса влияет гранулометрический состав почвы, содержание гумуса в ней и т. д. Систематическое внесение органических и минеральных удобрений обеспечивает сохранение и накопление запасов гумуса в почве.

Главная особенность химического состава почв – присутствие органических веществ, особенно гумусовых, разнообразие форм различных элементов и их непостоянство во времени. Минеральная часть обычно 80-90% массы почв (в органогенных – 10% и менее). По сравнению с литосферой в почве в 20 раз больше углерода и в 10 раз – азота, что связано с деятельностью микроорганизмов. В почве меньше металлических элементов вследствие процессов выветривания и почвообразования, хотя в целом почвы наследуют геохимические черты исходного почвообразующего материала.

В органическом веществе находится большая часть почвенных запасов серы, фосфора и азота.

Органическое вещество почв первичным источником имеет автотрофы, преимущественно зеленые растения. Они дают от 1-2 в тундре до 30-35 т/га сухого органического вещества во влажных тропических лесах в год, в агросистемах – 3-9 т/га. Почти все органическое вещество перерабатывают микроорганизмы, и конечный продукт – минеральные соединения.